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GPS de précision centimétrique/GNSS - Le RTK expliqué
Introduction au GPS/GNSS au niveau centimétrique
Pensez au récepteur GPS/GNSS de votre téléphone portable ou de votre voiture : c'est ce qu'on appelle le récepteur GPS Standard (ou GNSS*). Les récepteurs GNSS standards disponibles aujourd'hui sur le marché ont une précision comprise entre 2 et 10 mètres, et uniquement dans des conditions extérieures. Cette précision dépend de la qualité du fabricant du récepteur GPS, et si la vue du ciel n'est obstruée par aucun objet ou bâtiment. Dans des conditions parfaites, le mieux que vous puissiez obtenir est une précision absolue d'environ 2 mètres.
*GNSS signifie Global Navigation Satellite Systems, et c'est un mot qui inclut non seulement le GPS mais également d'autres systèmes de positionnement par satellite comme GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS...
Fait intéressant, si nous prenons 2 récepteurs GNSS et les plaçons l'un à côté de l'autre dans un champ ouvert, les deux auront la même erreur de 2 mètres mentionnée ci-dessus, et dans la même direction ! Cette erreur est connue sous le nom d'erreur GNSS standard. Grâce à cette particularité, il est possible de calculer avec une précision de 1 centimètre la distance relative entre eux. Nous avons donc toujours une erreur absolue de 2 mètres, mais une précision relative de seulement 1 centimètre.
Imaginez maintenant que nous installons l'un des deux récepteurs GNSS à un emplacement fixe connu avec une précision centimétrique. Nous avons maintenant à la fois une précision absolue de 1 centimètre et une précision relative de 1 centimètre dans la seconde!
Mais cette technique n'est pas nouvelle. Il s'agit d'une technologie très ancienne appelée GNSS différentiel ou RTK GNSS (Real-Time Kinematic), et qui permet depuis plus de 20 ans aux applications civiles d'avoir une précision au centimètre (position RTK). Dans la formulation RTK, l'unité statique est appelée « Station de base » et l'unité mobile est appelée «Rover ».
Alors, quoi de neuf? J'ai aussi entendu dire que c'était une technologie très coûteuse et qu'il fallait recevoir une formation pour l'utiliser, n'est-ce pas ?
"Plus maintenant :)"
ArduSimple nous essayons de rendre la technologie GNSS RTK simple, abordable et accessible à tous. Avec une série de kits de démarrage, de tutoriels et de produits OEM, nous permettons à nos clients de :
- Tester la technologie et sachez qu'il est possible d'atteindre une précision centimétrique à un coût abordable.
- Accélérer leurs projets et produits, grâce à nos cartes de développement plug and play et nos kits de démarrage.
- Créer des produits et des solutions, grâce à notre support, nos services clés en main et nos produits OEM pré-configurés.
« Alors, comment puis-je commencer ? »
Le récepteur GNSS RTK
Nous avons d'abord besoin d'un récepteur GNSS capable de calculer les positions RTK, comme simpleRTK2B. Un récepteur GNSS standard n'a pas assez de puissance de calcul pour le RTK.
Deuxièmement, nous avons besoin d'une très bonne antenne GNSS, comme simpleANT2B. Nous ne pouvons pas utiliser une antenne GNSS traditionnelle « bon marché », car nous devons recevoir un signal de haute qualité, afin de pouvoir réellement mesurer les erreurs GNSS. De plus, nous devons oublier d’utiliser le GNSS RTK dans notre poche ou à côté de la fenêtre : le GNSS RTK ne fonctionne qu’avec une vue dégagée du ciel (les nuages sont acceptables, les arbres et les bâtiments obstruent complètement les signaux GNSS). L’installation de l’antenne devient également un sujet important. Nous vous recommandons de consulter notre Guide d'installation des antennes RTK GNSS.
Maintenant que nous connaissons les 2 éléments de base d'un récepteur RTK, vous comprenez aussi pourquoi nous avons lancé notre Kit de démarrage de base:
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Corrections RTK
Les corrections RTK sont les informations envoyées par la « Station de base » au «Rover", alors le "Rover" peut calculer sa position au centimètre près. Le langage/protocole utilisé pour envoyer ces informations s'appelle RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services). Parfois, vous lirez à propos des corrections RTK et des corrections RTCM, c'est fondamentalement la même chose. Afin de calculer cette position RTK, les deux récepteurs doivent voir plus ou moins les mêmes satellites. Pour cette raison, les corrections RTCM ne sont valables que jusqu'à une distance de 35 km de la station de base (certains disent 25 km, d'autres 50 km, le nombre exact dépendra de la qualité de l'antenne et du récepteur). Il est également utile de savoir que les corrections d'une station de base peuvent être utilisées par autant de rovers que possible, à condition qu'ils se trouvent dans cette portée de 35 km de la station de base. Ce serait un installation multi-rover.
Que se passe-t-il lorsque vous dépassez ces 35 km depuis la station de base ? Il n'est plus possible d'avoir une précision de 1 centimètre et la précision se dégrade très rapidement aux 2 mètres standard.
Envoi de corrections RTK
Les corrections RTCM/RTK sont généralement envoyées une fois par seconde. Et peuvent être envoyées via une communication série filaire, une liaison sans fil ou un réseau IP. Vérifions les différences plus en détail.
Câble
Pour les unités (base-rover) très proches les unes des autres, nous pouvons utiliser des câbles pour les connecter. Un port série (TTL, RS232) suffit.
Sans-fil
Pour couvrir de plus longues distances, nous aurons besoin d’une communication série sans fil. Pour cette raison, nous avons ajouté une prise (nous l'appelons prise XBee) à nos récepteurs RTK, alors ajouter ainsi une communication filaire ou sans fil entre la base et le rover devient une tâche plug-and-play.
Pour le rendre encore plus simple, nous avons développé quelques kits pour tester cette configuration :
- Jusqu'à 10 mètres entre la base et rover, vous pouvez utiliser 2x Kits de démarrage de base.Les antennes GNSS incluses dans le kit disposent de câbles de 5 mètres. De plus, vous pouvez étendre cette distance jusqu'à 20 mètres (10 mètres de chaque côté) en ajoutant notre câbles RF à faible perte.
- Jusqu'à quelques centaines de mètres, 1x Kit moyenne portée (MR). Ce kit permet de ne connecter qu'un rover pour chaque station de base.
- Jusqu'à quelques kilomètres, 1x Kit longue portée (LR) avec une capacité multi-rover
- Jusqu'à 50 kilomètres, 1x eXtra longue portée (XLR) avec également une capacité multi-rover.
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Les liaisons radio MR, LR et XLR nécessitent une ligne de vue RF entre la base et rover pour que cela fonctionne. Jet-tez un coup d'oeil à notre article sur la ligne de vue visuelle par rapport à la ligne de vu RF pour comprendre ce concept.
Si vous rencontrez des problèmes pour garantir la visibilité directe entre la base et le rovers, consultez cet article : Fonctionnalité débloquée : utilisez votre radio LR/XLR comme répéteur. Mais vous verrez que les répéteurs ont également certaines limites, ou si vous avez besoin de plusieurs stations de base, ce type technologie radio n'est pas pour vous. Dans ce cas, ou si vous disposez simplement d'un accès IP disponible à la fois au niveau des emplacements de la base et du rover (Internet ou réseau local), les corrections RTK peuvent également être envoyées via une communication IP.
Via un réseau IP
Dans de nombreux cas, un réseau IP est disponible (WiFi, Ethernet, 4G). Pour ce cas, un protocole a été développé pour distribuer les corrections RTK, appelé NTRIP (Transport en réseau de RTCM via le protocole Internet). Nous y reviendrons plus en détail dans la section suivante.
Qu’est ce qu' NTRIP?
- NTRIP caster. C'est un serveur qui collecte les corrections RTK d'une ou plusieurs stations de base et les répartit entre les rovers.
- NTRIP serveur. Il s'agit d'une station de base RTK physique unique. Son rôle est d'envoyer des corrections RTK à un Caster NTRIP, alors le Caster peut les distribuer à d'autres clients. Dans les réseaux avec une seule station de base, il est assez courant d'avoir un ensemble NTRIP serveur+caster. Dans ce cas seulement le Caster la fonction est configurée.
- NTRIP client. Un récepteur RTK qui souhaite recevoir des corrections RTK. Les Rovers RTK sont les clients NTRIP.
Notre cartes simpleRTK2B n'ont pas d'interfaces IP (ethernet, wifi, etc.) et ne comprennent pas le protocole NTRIP. Ils ont besoin d’un élémente pour convertir le NTRIP en RTCM et vice-versa. Pour cette raison, nous avons développé une série d'accessoires pour permettre le protocole NTRIP dans nos forums:
- Bluetooth: connectez votre kit simpleRTK2B à votre téléphone mobile via le Bluetooth. Votre téléphone peut désormais agir comme un client NTRIP (mais aussi en tant que Serveur ou Caster).
- WiFi: avec un réseau WiFi disponible dans votre environnement, branchez le WiFi NTRIP Master Maîtrisez cet accessoire et utilisez votre kit comme un client NTRIP (mais aussi comme serveur ou même serveur + caster).
- 4G NTRIP Client: laissez votre simpleRTK2B devenir un client NTRIP de partout où il y a une couverture cellulaire.
Inversement, vous pouvez également connecter votre simpleRTK2B carte à un PC ou à un téléphone mobile via USB et utilisez une application sur votre PC ou téléphone mobile pour effectuer cette conversion. Consultez notre tutoriel pour apprendre à se connecter à un NTRIP caster. Services de correction RTK
Nous espérons que cela vous a aidé à mieux comprendre ce que nous faisons et ce dont vous avez besoin pour commencer à utiliser le RTK. Si vous souhaitez en savoir plus, vous pourriez être intéressé pour consulter nos tutoriels. Si vous n'avez pas trouvé ce que vous cherchiez et que vous avez encore des questions, n'hésitez pas à contactez-nous, nous répondons toujours !
